馬 琳 陳 靈 陳敬華

〔中國(guó)石化廣東石油分公司 廣東廣州 510730〕

我國(guó)成品油銷售市場(chǎng)有汽柴比、高標(biāo)號(hào)汽油銷量逐年增大的趨勢(shì)，部分成品油庫(kù)受這一趨勢(shì)的影響，面臨著原有油氣回收裝置處理能力不足的問(wèn)題。由于國(guó)內(nèi)油氣回收裝置生產(chǎn)廠家多提出整體換新的建議，造成設(shè)備閑置、投資增大。為此需要研究出一種油氣回收系統(tǒng)的擴(kuò)能改造技術(shù)，使之既能提升裝置處理能力，又能避免重復(fù)投資、有效盤活閑置設(shè)備。本文以某油庫(kù)為實(shí)例對(duì)油氣回收裝置擴(kuò)能改造的四種方案進(jìn)行了比對(duì)研究，提出了合理實(shí)用的方案。

1 油庫(kù)油氣回收系統(tǒng)改造的背景

中國(guó)石化廣東石油分公司某成品油油庫(kù)的油氣回收系統(tǒng)于2010年投入運(yùn)行，設(shè)計(jì)處理能力為300 m3/h，運(yùn)行效果良好。2015年油庫(kù)對(duì)發(fā)油臺(tái)進(jìn)行了改造，將原8支鶴管中5支上裝柴油、3支下裝汽油鶴管的構(gòu)成，改為3支柴油(其中1支上裝，2支下裝)、5支下裝汽油鶴管，之后又將2支下裝柴油鶴管裝車時(shí)產(chǎn)生的油氣接入油氣回收系統(tǒng)中，導(dǎo)致油氣回收系統(tǒng)需要處理的油氣量倍增。該油庫(kù)單支鶴管發(fā)油速度約為100 m3/h，宜采用處理能力為600～700 m3/h油氣回收裝置[1]，但原有裝置的處理能力只有300 m3/h，亟需升級(jí)改造。

2 吸附式油氣回收系統(tǒng)工作原理

油庫(kù)在用的油氣回收系統(tǒng)由某單位研發(fā)，為吸附式油氣回收系統(tǒng)，是目前國(guó)內(nèi)外成品油庫(kù)廣泛應(yīng)用、技術(shù)成熟、安全穩(wěn)定、回收率高的油氣回收系統(tǒng)，在成品油庫(kù)的安全環(huán)保和節(jié)能降耗方面起著重要作用。該系統(tǒng)由吸附系統(tǒng)、解吸系統(tǒng)和噴淋吸收子系統(tǒng)組成。

吸附子系統(tǒng)由兩個(gè)交替工作的活性炭床組成，利用油氣混合物中各組分與吸附劑(活性炭)之間結(jié)合力強(qiáng)弱的差別將混合物中難吸附與易吸附組分分離，油氣被吸附，空氣被順利排出。真空解吸是根據(jù)不同壓力下組分在吸附劑上吸附容量的差異使油氣在低壓下脫附，實(shí)現(xiàn)活性炭的再生。脫附的油氣被真空泵送入吸收塔噴淋吸收，原理是利用汽油能夠吸收油氣的特性，汽油通過(guò)進(jìn)油泵送至吸收塔頂，經(jīng)過(guò)填料后噴淋與油氣大面積接觸，將油氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)并通過(guò)循環(huán)油泵送回油庫(kù)的儲(chǔ)罐中。少量未被吸收的油氣從吸收塔頂經(jīng)二次回收管線返回至活性炭床被再次吸附[2]。

工藝流程如圖1。汽油在灌裝過(guò)程中，罐車內(nèi)的油氣自壓進(jìn)入吸附罐中被活性炭吸附，當(dāng)一個(gè)罐吸附飽和后，自動(dòng)改由另一個(gè)吸附罐吸附，飽和后的吸附罐進(jìn)入解吸流程：出口閥門自動(dòng)關(guān)閉，真空解吸閥門打開(kāi)，同時(shí)啟動(dòng)真空泵，在負(fù)壓力作用下，油氣分子從活性炭的孔隙中脫離出來(lái)，經(jīng)過(guò)真空泵被輸送到吸收塔中。進(jìn)入吸收塔的油氣與來(lái)自罐區(qū)的貧油逆流充分接觸后被吸收，吸收油氣后所形成的富液被輸送回儲(chǔ)油罐?；钚蕴吭偕瓿珊?，停止真空泵和吸收系統(tǒng)，再生完成的吸附罐處于平衡狀態(tài)(“平衡”狀態(tài)下該罐閥門全部關(guān)閉)，等待再次吸附，開(kāi)始另一次循環(huán)。活性炭吸附法油氣回收工藝原理見(jiàn)圖1。

圖1活性炭吸附法油氣回收工藝原理

3 油氣回收系統(tǒng)改造方案比選

為解決該油庫(kù)油氣回收裝置油氣處理能力的不足、與發(fā)油量不匹配的問(wèn)題，提出了四種解決方案，并進(jìn)行了比選。

3.1 方案一：購(gòu)置新的油氣回收裝置

該方案是將油庫(kù)現(xiàn)有的油氣回收裝置停用、移除，并新購(gòu)置一套處理能力為600 m3/h的油氣回收裝置。經(jīng)核算，需花費(fèi)300余萬(wàn)元，并使原300 m3/h油氣回收裝置閑置，造成資源浪費(fèi)，且更換全套新裝置，工程量較大，工期較長(zhǎng)，但預(yù)計(jì)后期運(yùn)行效果最為穩(wěn)定。

3.2 方案二：整體搬遷其它油庫(kù)停用的設(shè)備

將公司其他油庫(kù)已經(jīng)停用的同型號(hào)的處理能力為300 m3/h的裝置，整體移至該油庫(kù)，兩套裝置同時(shí)使用，各自獨(dú)立運(yùn)行。

方案擬采取的運(yùn)行方式是兩套裝置各分管幾支發(fā)油鶴管。為此，需要在發(fā)油臺(tái)增加集氣總管，把發(fā)油臺(tái)不同鶴管產(chǎn)生的油氣分別導(dǎo)進(jìn)兩套完全獨(dú)立的裝置。

該方案可以提高油庫(kù)的油氣回收能力，但需要增加發(fā)油臺(tái)的集氣管道；如果其中一套裝置的設(shè)備出現(xiàn)故障，則可能導(dǎo)致該套裝置停機(jī)維修，部分油氣需要直接外排。

3.3 方案三：與其他油庫(kù)停用設(shè)備“軟整合”

該方案是在方案二的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，即兩套裝置通過(guò)程序控制來(lái)實(shí)現(xiàn)“軟整合”，以一個(gè)整體進(jìn)行運(yùn)行管理，運(yùn)行方式是A、B、C、D四個(gè)吸附罐和兩臺(tái)真空泵輪流順次工作，在運(yùn)行過(guò)程中，兩套裝置始終僅有一臺(tái)吸附罐處于吸附狀態(tài)，兩套完整裝置共用一條集氣總管，發(fā)油鶴管不需要進(jìn)行分組。

該方案在技術(shù)上存在吸附罐偏小、油氣通過(guò)速度過(guò)快，烴分子難以被活性炭捕獲吸附的缺點(diǎn)。處理能力的提高只能通過(guò)減少吸附罐的吸附量、縮短吸附時(shí)間來(lái)達(dá)到，需要頻繁地切換流程。而且，一旦其中的某一設(shè)備出現(xiàn)故障，則可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)需要停機(jī)維修，全部油氣需要直接向大氣外排。

方案二和方案三裝置設(shè)備還需要適宜的安裝位置，但在該油庫(kù)發(fā)油臺(tái)周邊難以找到，使方案不易實(shí)現(xiàn)。

3.4 方案四：原裝置擴(kuò)能改造方案

中國(guó)石化廣東石油分公司通過(guò)分析油氣回收系統(tǒng)的工作原理，提出了通過(guò)增加吸附罐和真空泵實(shí)現(xiàn)處理能力倍增的方案。搬遷公司中其他油庫(kù)已停用的處理能力為300 m3/h裝置中的兩臺(tái)吸附罐和一臺(tái)真空泵，并與油庫(kù)原有的設(shè)備并聯(lián)安裝使用。

運(yùn)行方式有兩種：

3.4.1 運(yùn)行方式一

兩套裝置整合安裝但每次只有一個(gè)吸附罐和一臺(tái)真空泵工作，需要同步遷移吸附罐的電動(dòng)閥。擬采取的運(yùn)行方式仍然是A、B、C、D四個(gè)吸附罐和兩臺(tái)真空泵輪流依次工作。該運(yùn)行方式實(shí)質(zhì)上與上述方案三相同，優(yōu)缺點(diǎn)也與之相同。

運(yùn)行方式一見(jiàn)圖2。

圖2方案四(運(yùn)行方式一)

3.4.2 運(yùn)行方式二

如圖3所示，活性炭吸附罐兩兩并聯(lián)安裝，相當(dāng)于兩個(gè)大吸附罐，增加了吸附床層尺寸，解決了吸附罐偏小的問(wèn)題，可以延長(zhǎng)油氣穿透吸附床層的時(shí)間，有利于吸附劑吸附容量的充分利用[3]。兩臺(tái)真空泵并聯(lián)安裝、同時(shí)運(yùn)行，解決活性炭解吸再生能力不足的問(wèn)題。兩臺(tái)真空泵中間設(shè)置切斷閥門，可以單獨(dú)運(yùn)行。該方案工作流程與改造前的流程基本相同，兩組兩兩并聯(lián)的吸附罐交替吸附，當(dāng)一組罐吸附飽和后，切換至另一組罐吸附，并啟動(dòng)真空泵和吸收系統(tǒng)對(duì)吸附飽和的活性炭進(jìn)行再生，對(duì)脫附的油氣進(jìn)行吸收回收，再生完成后，停止真空泵和吸收系統(tǒng)，等待吸附罐吸附飽和，其后流程以此類推。

圖3方案四(運(yùn)行方式二)

3.5 方案比選及創(chuàng)新點(diǎn)

經(jīng)過(guò)比較(表1)，選定具有明顯優(yōu)勢(shì)的方案四中的第二種運(yùn)行方式，為油氣回收系統(tǒng)擴(kuò)能改造的方案。方案四的運(yùn)行方式二突破了以往油氣回收系統(tǒng)處理能力不足時(shí)，多依靠整體更換油氣回收裝置的習(xí)慣做法。在對(duì)油氣回收系統(tǒng)工作原理和流程正確認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，根據(jù)處理能力的需求將系統(tǒng)內(nèi)各裝置靈活組合，類比油氣行業(yè)中常見(jiàn)設(shè)備泵的并聯(lián)使用，將活性炭吸附罐兩兩并聯(lián)安裝，相當(dāng)于增大了接觸面積，解決吸附罐偏小、流速過(guò)大、油氣無(wú)法被充分吸附的問(wèn)題。兩臺(tái)真空泵并聯(lián)安裝，解決了活性炭解吸再生能力不足的問(wèn)題。兩臺(tái)真空泵也可以單獨(dú)運(yùn)行，若一臺(tái)出現(xiàn)故障，不會(huì)造成全套裝置停產(chǎn)。該方案不是簡(jiǎn)單地運(yùn)行孤立的兩套裝置，而是將兩套裝置視為一個(gè)完整的系統(tǒng)，解決了占地問(wèn)題，并優(yōu)化了邏輯控制。擴(kuò)能改造方案對(duì)比見(jiàn)表1，改造后的油氣回收系統(tǒng)見(jiàn)圖4。

表1 擴(kuò)能改造方案對(duì)比

續(xù)表1

圖4改造后的油氣回收系統(tǒng)

4 方案實(shí)施效果

采用方案四的第二種運(yùn)行方式，對(duì)原油氣回收系統(tǒng)升級(jí)改造。工程實(shí)施后于2017年1月10日完成系統(tǒng)調(diào)試并投入試運(yùn)行。改造前現(xiàn)場(chǎng)有較濃的油氣味，裝置運(yùn)行后，處理效果較以前明顯提高，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境得以改善，排氣口無(wú)可視油氣排出，現(xiàn)場(chǎng)也無(wú)油氣味。監(jiān)測(cè)1月10日至3月31日油氣回收系統(tǒng)逐日的運(yùn)行數(shù)據(jù)，改造后的油氣回收率較改造前有明顯提高，高于全省油庫(kù)平均水平[4]。運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，改造方案只增加吸附罐和真空泵的方式完全可以達(dá)到使原裝置提高效能的目的。

該方案比新購(gòu)置一套處理能力為600 m3/h的油氣回收裝置節(jié)省300余萬(wàn)元，按往年3.5×105t/a發(fā)油量計(jì)算，回收量可增加140 t/a，按照92號(hào)汽油批發(fā)價(jià)7 200元/t計(jì)算，每年可增加創(chuàng)效100.8萬(wàn)元，效益顯著。在保障油庫(kù)安全環(huán)保和員工職業(yè)健康的同時(shí)，也為公司創(chuàng)造了效益。油庫(kù)于2017年2月9日外請(qǐng)了油氣回收檢測(cè)單位對(duì)改造后的裝置進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示各項(xiàng)指標(biāo)合格(表2)。尾氣處理率3次數(shù)據(jù)平均值為97.2 %，符合GB 20950—2007 《儲(chǔ)油庫(kù)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[5]規(guī)定的≥95%的要求，油氣排放質(zhì)量濃度3次數(shù)據(jù)平均值為2.99 g/m3，完全符合標(biāo)準(zhǔn)中≤25 g/m3要求。

表2 裝置改造后的油氣排放濃度及效率的測(cè)試結(jié)果

注：檢測(cè)結(jié)果由廣東新創(chuàng)華科環(huán)保股份有限公司出具。

目前成品油銷售市場(chǎng)有汽柴比逐年攀升、高標(biāo)號(hào)汽油銷量比例逐漸增大的趨勢(shì)，成品油油庫(kù)大多推進(jìn)了優(yōu)化發(fā)油臺(tái)增加汽油發(fā)油量和汽油拼裝發(fā)油改造等配套工作，預(yù)計(jì)未來(lái)會(huì)有更多的油庫(kù)面臨原有油氣回收裝置能力不足的問(wèn)題。該油氣回收系統(tǒng)擴(kuò)能改造創(chuàng)新技術(shù)可以提升裝置處理能力、避免重復(fù)投資、有效盤活閑置設(shè)備、環(huán)保排放尾氣。該技術(shù)簡(jiǎn)單易行，費(fèi)用低廉，幾乎不增加占地，具有廣闊的推廣前景。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)中國(guó)石化廣東石油某油庫(kù)油氣回收系統(tǒng)擴(kuò)能改造工程的實(shí)例研究，根據(jù)油氣回收系統(tǒng)工作原理和流程，比較了四種方案，最終確定了適合該油庫(kù)的改造方案，并在此基礎(chǔ)上對(duì)油氣回收系統(tǒng)擴(kuò)能改造的技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，得到了以下結(jié)論：

(1)裝置改造后各項(xiàng)指標(biāo)均符合GB 20950—2007 《儲(chǔ)油庫(kù)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，油氣回收率提高。運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，按以往3.5×105t/a發(fā)油量計(jì)算，回收量可增加140 t/a，每年可增加創(chuàng)效100.8萬(wàn)元。

(2)油氣回收系統(tǒng)擴(kuò)能改造可不局限于購(gòu)置新設(shè)備，可以通過(guò)增加活性炭吸附罐及真空泵，并將活性炭吸附罐兩兩并聯(lián)、兩臺(tái)真空泵并聯(lián)的方式，解決處理能力不足的問(wèn)題。

[1] 中國(guó)石油化工集團(tuán)公司．Q/SH 0117-2007.油氣回收系統(tǒng)工程技術(shù)導(dǎo)則[S]．北京:中國(guó)石油化工集團(tuán)公司，2007.

[2] 李一慶.石油庫(kù)下裝鶴管裝車油氣回收工藝設(shè)計(jì)[J]. 哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2012，28(5)：596-600.

[3] 焦婷婷. 炭質(zhì)吸附劑吸附回收油氣性能的研究[D]. 大連：大連理工大學(xué)，2009：35.

[4] 羅時(shí)金.成品油庫(kù)吸附式油氣回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與管理[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2015，34(5)：511-514，518.

[5] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 20950—2007儲(chǔ)油庫(kù)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2007.